Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРИГЛАЗНОГО ДАВЛЕНИЯ

Заявляемое изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в области медицины и здравоохранения. В частности, данная разработка позволит проводить бесконтактные измерения внутриглазного давления (ВГД) in vivo. Предлагаемый способ позволяет перед непосредственным проведением измерений in vivo проводить изучение различных патологических состояний глаза на его модели.

Известен способ, реализующий принцип измерения внутриглазного давления (ВГД) при помощи источника излучения, щелевой диафрагмы, фютоприемника, регистрирующего прибора, устройства для пневматического воздействия, низкочастотного акустического динамика. Способ заключается в освещении центра роговицы глаза узким пучком света, направленным под углом к оптической оси глаза, деформации роговицы путем пневматического воздействия, осуществляемого периодически в звуковом диапазоне частот, изменении путем перемещения диафрагмы и фотоприемника перпендикулярно направлению распространения отраженного от роговицы пучка, величины амплитуды электрического сигнала до максимального значения, измерении значения амплитуд полученного сигнала, нахождении среднего значения амплитуды, по которому по предварительно построенной градуировочной зависимости определяют искомое значение внутриглазного давления (см. патент на ИЗ №94027540, МПК А61В 3/16).

Недостатком известного способа и реализующих его устройств является относительно низкая точность измерения, т.к. в связи со сложностью строения роговицы глаза невозможно получить универсальные градуировочные кривые.

Известен также способ измерения внутриглазного давления при помощи датчика офтальмотонографа с массой измерительного плунжера 5,5 и 10 г. Способ заключается в том, что после местной анестезии глаза проводят его тонометрию с массой измерительного плунжера 5,5 г и при проведении тонометрии в течение 30 с определение внутриглазного давления производят 6 раз каждые 5 с с записью топографической кривой. По окончании первого этапа записи датчик снимают с глаза и выдерживают интервал, равный 1 мин, после чего на исследуемый глаз повторно устанавливают датчик офтальмотонографа с массой измерительного плунжера 10 г и выполняют второй этап тонометрии длительностью 30 с, при котором определение внутриглазного давления производят 6 раз каждые 5 с с записью топографической кривой. На основании полученных данных рассчитывают средние значения коэффициента ригидности и корригированного истинного внутриглазного давления (см. патент на ИЗ №2314015, МПК А61В 3/16).

Недостатком известного способа являются то, что все измерения внутриглазного давления проводятся в результате контакта измерительных плунжеров с глазом, что вызывает необходимость анестезии. Кроме того, длительность всего цикла измерений составляет приблизительно 5 мин, что не комфортно для пациента.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ, реализующий принцип измерения внутриглазного давления при помощи датчика информации и устройства для пневматического воздействия. Способ заключается в юстировке датчика информации (ДИ) относительно оптической оси глаза, измерении величины деформации роговицы глаза от воздействия на нее пневмоимпульса с помощью излучения с последующим определением по нему ВГД, отличающийся тем, что юстировку ДИ производят при разделении оптических осей ДИ и наблюдении врача за глазом пациента до момента, когда углы наклона осей ДИ и глаза равны нулю, путем сведения N-световых параллельных потоков когерентного импульсного лазерного излучения на роговице глаза в одно пятно и до получения максимального значения и равных между собой отраженных от роговицы глаза излучений, после чего производят измерение ВГД путем анализа пространственного распределения отраженных излучений от роговицы глаза пациента во время воздействия пневмоимпульса и сравнения его с пространственным распределением отраженных излучений от роговицы калиброванного кадаверного глаза (см. патент на ИЗ №94004299, МПК А61В 3/16).

Недостатком известного способа является необходимость постоянной юстировки регистрирующего датчика (датчика информации). Кроме того, предложенный способ связан с измерением амплитуды сигнала и не учитывает особенности строения роговицы, что в итоге влияет на точность определения величины ВГД.

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении возможности измерения внутреннего давления сферической оболочки глаза (внутриглазного давления) бесконтактным способом и получения информации о динамических свойствах оболочки, сопоставляя полученные результаты с результатами тестового измерения внутреннего давления.

Технический результат заключается в повышении точности измерения внутреннего давления глаза бесконтактным способом за счет использования полупроводникового лазера, работающего в автодинном режиме.

Указанный технический результат достигается тем, что определяют внутриглазное давление по величине деформации глаза путем воздействия на глаз пневмоимпульсом, с одновременным освещением поверхности лазером, согласно решению отраженный от глаза сигнал преобразуют в автодинный сигнал, регистрируют его мощность, после чего сигнал оцифровывают, по цифровому автодинному сигналу P(t) восстанавливают функцию движения участка глаза Z(t) с помощью обратной функции: θ+Z(t)=±arccos(P(t))+2πn, где n=0, ±1, ±2, …; по функции Z(t) определяют величину деформации глаза ΔZ, по которой, используя калибровочную кривую, определяют внутриглазное давление. Калибровочную кривую получают, освещая лазером модель глаза при одновременном воздействии на нее пневмоимпульсом, отраженный от модели сигнал преобразуют в автодинный сигнал, регистрируют его мощность, после чего сигнал оцифровывают, по цифровому автодинному сигналу P(t) восстанавливают функцию движения участка модели Z(t) с помощью обратной функции: θ+Z(t)=±arccos(P(t))+2πn, где n=0, ±1, ±2, …; по функции Z(t) определяют величину деформации модели ΔZ, которой ставят в соответствие давление внутри модели, измеренное с помощью манометра или по методу Маклакова, при этом модель глаза представляет собой сферическую оболочку из упругого материала, заполненную несжимаемой жидкостью.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1-4 приведен измеренный автодинный сигнал при колебаниях участка макета глаза при различном внутреннем давлении, на фиг.5-8 приведена восстановленная форма движения участка макета глаза, на фиг.9 приведена схема установки для реализации предложенного способа, где 1 - полупроводниковый лазер, 2 - стабилизированный источник тока, 3 - исследуемый макет, 4 - компрессор, 5 - механизмом фиксации, 6 - фотодетектор, 7 - усилитель, 8 - аналого-цифровой преобразователь, 9 - ЭВМ, на фиг.10 приведен график зависимости величины прогиба макета глаза под действием пневмоимпульсов от внутреннего давления, полученного при проведении тонометрии по Маклакову.

Способ реализуется следующим образом.

Проводят компьютерное моделирование автодинного сигнала полупроводникового лазера при гармонических колебаниях внешнего отражателя. Переменная составляющая автодинного сигнала в предложенной модели записывается в виде: , где θ - набег фазы автодинного сигнала, λ₀ - длина волны лазерного излучения, t - интервал времени наблюдаемого автодинного сигнала на различных участках движения, Z(t) - функция, описывающая продольные перемещения объекта.

Для нахождения величины прогиба сферической оболочки восстанавливают функцию движения объекта Z(t). Функцию движения объекта Z(t) определяют по переменной составляющей автодинного сигнала P(t) с помощью обратной функции, т.е.: θ+Z₀(t)=±arccos(P(t))+2πn, где n=0, ±1, ±2, …

Для моделирования деформации глазного яблока при различном внутриглазном давлении был выбран резиновый шарик, заполненный гелем, плотностью, близкой к плотности внутриглазной жидкости. Внутреннее давление изменялось путем введения внутрь дополнительного объема жидкости.

Для получения значений Р(t) облучают макет оптическим излучением от полупроводникового лазера 1, работающего в автодинном режиме. Автодинный сигнал регистрируют фотодетектором 6, при этом выходной автодинный сигнал с фотодетектора усиливают усилителем 7, преобразуют в цифровой код и сохраняют в памяти компьютера 9 для последующей обработки.

Излучение полупроводникового лазера 7, стабилизированного источником тока 2, направляли на исследуемый макет 3, на который воздействовали воздушным импульсом от компрессора 4. Фиксация макета обеспечивалась механизмом 5. Часть излучения, отраженного от макета, возвращалась в резонатор полупроводникового лазера 1, изменение выходной мощности которого регистрировалось фотодетектором 6. Сигнал с фотодетектора поступал через усилитель 7 на аналого-цифровой преобразователь 8, данные с которого сохранялись в памяти компьютера 9. Сохраненный файл данных после записи в компьютер анализировался в математическом пакете MathCad. Вид измеренного автодинного сигнала при колебаниях участка оболочки для макета с различным давлением приведен на фиг.1-4. Вид восстановленных функций движения показан на фиг.5-8. На фиг.10 показана калибровочная кривая, полученная из экспериментальных данных.

Тестовое измерение величины внутреннего давления сферических оболочек проводилось по методу Маклакова грузом массой 10 г. Измерение диаметра сегмента сплющивания выполняли по отпечаткам с помощью цифрового штангенциркуля. Необходимо отметить, что прогиб сферической оболочки коррелирует с величиной давления внутри макета, определяемый по методу Маклакова.

Предлагаемый способ был реализован на примере определения неизвестного внутреннего давления глаз с использованием калибровочных кривых. Экспериментальные исследования были проведены с использованием лазерного диода RLD-650 на квантово-размерных структурах с дифракционно-ограниченной одиночной пространственной модой и характеристиками: мощность излучения <1 mW, длина волны 654 nm. Для воздействия на глаз пневмоимпульсом использовался компрессор мембранного типа мощностью 2 Вт, давлением 0,01 МПа с частотой воздушных импульсов 1 Гц, диаметр воздушной струи на расстоянии 10 мм от объекта был равен 3 мм. Измеренное значение величины прогиба составило ΔZ=0,96±0,03 um, что на калибровочной кривой (Фиг.10) соответствует величине давления 24±3 мм рт.ст. Проверка величины внутреннего давления глаза проводилось по методу Маклакова грузом массой 10 г. Измеренное значение величины давления по методу Маклакова составило 25±3,5 мм рт.ст. Таким образом, предлагаемый метод согласуется с общепринятым за эталон, но в отличие от него позволяет проводить измерения бесконтактно, безболезненно и быстро.